【正文】 第5章 數(shù)控部分 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 CA6140的數(shù)控化改造1)將縱向和橫向進給系統(tǒng)改造為用數(shù)控裝置控制的、能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)。 電動刀架的電氣原理圖如圖圖41 電動刀架的電氣原理圖 電動刀架的動作過程 數(shù)控系統(tǒng)調(diào)刀代碼開始執(zhí)行時，或行動調(diào)刀時，首先輸出刀架正轉(zhuǎn)信號，使刀架旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接收到指定的刀具的到位信號后，關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)信號，延遲50ms時間后，到家開始反轉(zhuǎn)而進行鎖緊，并開始檢查緊縮信號，當(dāng)接收到該信號后關(guān)閉刀架反轉(zhuǎn)信號。上刀體帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機反轉(zhuǎn)，反靠銷馬上就落入反靠圓盤的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。第4章 刀架部分的改造對刀架部分的改造，通過將原機床的手動轉(zhuǎn)位刀架替換成自動轉(zhuǎn)位刀架來實現(xiàn)換刀切削,自動轉(zhuǎn)位刀架最常見的形式是螺旋型四工位刀架,由數(shù)控系統(tǒng)直接控制,效率高,工藝性能可靠。33’ Φ——摩擦角，Φ約等于10′則 =（4)剛度驗算滾珠絲杠工作時受軸向力和扭轉(zhuǎn)的作用，將引起基本導(dǎo)程的變化，因滾珠絲杠受扭時引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為 （公式312）式中 E——彈性模量，對于鋼，E= S——滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底徑確定d，若d=），則 S==其中，“+”用于拉伸，“”用于壓縮時則 = =cm絲杠1m長度上導(dǎo)程變形誤差為==14因3級精度絲杠允許的螺距誤差為15，故此絲杠的精度足夠。工作負(fù)載的數(shù)值可用《機床設(shè)計手冊》中進給牽引力的實驗公式計算，對于三角或綜合導(dǎo)軌 （公式310）式中、——切削分力； W——移動部件的重力（800N）。計算作用在絲杠上的最大動負(fù)荷:首先根據(jù)切削力和運動部件的重量引起的進給抗力，計算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動載荷。33’螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿紋接觸直徑螺母螺紋直徑螺母內(nèi)徑橫向進給的計算（1）假設(shè)已知條件：工作臺重量W=2300N，時間常數(shù)t=25ms，滾珠絲杠基本導(dǎo)程L0=4mm(左旋)，快速進給速度=98m/min。利用車床原橫向進給絲桿可滑動軸承作為徑向支承，并對原支承處進行適當(dāng)改裝布置一對推力球軸承，以實現(xiàn)軸向支承,在遠離操作者的一端，用一個聯(lián)軸套和一根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來，滾球螺母直接固定在中滑板上?？v向滾珠絲杠的安裝：（1）拆下普通滑動絲杠與溜板箱，取消絲杠與主軸箱齒輪的傳動聯(lián)系，利用原機床進給箱的安裝孔和銷孔安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，兩端采用原固定方式這樣可減小改裝現(xiàn)場，并且由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進給整體剛性優(yōu)于以前。 ——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)，= ～,?。健? ——硬度系數(shù)，為60HRC時，為1；為60HRC時，１； G——壽命（以轉(zhuǎn)為單位１，）。 k——進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取k=.則 PC ===切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力(或轉(zhuǎn)矩)和最大切削轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)速)來計算,即PC=或PC=式中 ——主切削力（N） ——切削速度() T——切削轉(zhuǎn)矩(N7’螺桿外徑40螺桿內(nèi)徑螺桿紋接觸直徑螺母螺紋直徑螺母內(nèi)徑縱向進給的計算縱向進給滾珠絲杠必須采用三點式支承形式。在絲杠左端設(shè)計一個專用軸承座，采用一個軸套式滑動軸承作為徑向支承，在滑動軸承的兩側(cè)分別布置一對推力球軸承承受兩個方向的軸向力，支承短軸與滾珠絲杠通過聯(lián)軸套連接起來，滾球絲杠可托架上，滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母與床鞍直接連接。ISC58150021增量編碼器技術(shù)參數(shù)如表31所示：表31 ISC58150021增量編碼器技術(shù)參數(shù)輸出波形方波電源電壓DC+5或512V/+1224V消耗電流≤150mA工作濕度3085 無結(jié)霜響應(yīng)頻率0～120KHZ電源電壓980、6ms載空比177。為了保證車螺紋時嚴(yán)格的運動關(guān)系，在主軸箱上安裝脈沖發(fā)生器，通過主軸——脈沖發(fā)生器——數(shù)控系統(tǒng)——伺服電機的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架縱向進給一個螺紋導(dǎo)程的車螺紋運動。舊機床上述各個部件的改造過程完成后，就可對組裝后改造機床各個部件進行調(diào)試。實物圖如下所示：圖21電柜箱（1）圖22電柜箱（2）(4)數(shù)控部分1)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是機床數(shù)控化改造的核心。2）對傳動機構(gòu)的改造，拆除原機床的機械傳動機構(gòu),用伺服電機經(jīng)齒輪機構(gòu)減速驅(qū)動滾珠絲桿,帶動刀架縱向或橫向運動。3）導(dǎo)軌當(dāng)機床加工精度要求不是很高,尤其是對于開環(huán)控制系統(tǒng),一般不作導(dǎo)軌改造調(diào)整改造,可大為降低改造成本。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu)。隨著機床使用的役齡的增加，機床的機械傳動部件，如導(dǎo)軌、絲杠、軸承等都有不用程度的磨損。所以，根據(jù)以上要求，普通車床CA6140數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要完成的任務(wù)。機床數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購置新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。因此得到了用戶廣泛的應(yīng)用,機床的數(shù)控化改造已成為滿足市場需求的主要補充手段,對中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。（3）有利于企業(yè)經(jīng)濟開支的節(jié)約數(shù)控化改造一般用戶都能承擔(dān)的起,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開辟了新路,也對實力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。 普通車床數(shù)控化改造的好處（1）有利于普通車床的再次利用經(jīng)改造后的車床能夠再次利用，能夠達到生產(chǎn)要求，實現(xiàn)數(shù)控化、人性化、效益化。3)普通車床加工存在局限性，不能實現(xiàn)現(xiàn)代多種零件的加工。購買新的數(shù)控機床是提高數(shù)控化率的主要途徑,但是成本太高，很多工廠在短時間內(nèi)都無法有那么多的資金，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐；同時目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長使用壽命的普通機床，由于普通機床加工精度相對較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動化程度不高，生產(chǎn)自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉(zhuǎn)型周期，又不能馬上淘汰。81周畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯。60．5周伺服系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計。30．5周選擇伺服裝置0．5周完成伺服系統(tǒng)控制設(shè)計，并完成伺服系統(tǒng)控制原理圖。北京：中國電力出版社，1997六、設(shè)計內(nèi)容進度及工作量(一)設(shè)計內(nèi)容和進度要求序號進度要求設(shè)計內(nèi)容11周了解車床傳動、控制、加工性能，分析國內(nèi)外數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)、控制和加工要求。北京：機械工業(yè)出版社，2004姜德希編濟南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2002編寫組編北京：國防工業(yè)出版社；2002袁任光編著北京：兵器工業(yè)出版社；1999余良英編著北京：機械工業(yè)出版社；2002廖兆榮主編數(shù)控裝置、伺服裝置選擇合理，控制系統(tǒng)設(shè)計簡單可靠，保護措施完備。要求能進行車削數(shù)控加工，達到或超過原車削加工性能。數(shù)控機床現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與設(shè)計現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計與維護電氣傳動控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)工廠常用電氣設(shè)備手冊上、下冊1周完成進給、主軸傳動系統(tǒng)改造圖。0．5周完成電氣原理圖和電氣安裝接線圖。72周編寫設(shè)計說明書。企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、求得發(fā)展,就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出合乎市場需要的、性能合適的產(chǎn)品,而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,制造周期的快慢,生產(chǎn)成本的高低,又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響。2)車床電氣元件老化，連接線不穩(wěn)固。故，據(jù)上述問題普通車床即將面臨淘汰，因此，普通車床的改造勢在必行。這樣會大大的加大企業(yè)的支出，對企業(yè)的收入也是有所影響的。（4）有利于數(shù)控化市場的擴大訂購新的數(shù)控機床的交貨周期一般較長,往往不能滿足用戶的需要,而改造的數(shù)控機床能夠適應(yīng)市場對產(chǎn)品多樣化和高精度的要求。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。(3)提高生產(chǎn)效率。第2章 改造總體方案 CA6140車床介紹 CA6140車床組成圖CA6140車床的基本組成如圖21所示：圖21 CA6140車床外形圖 1主軸箱 2刀架 3尾座 4床身 5右床腿 6溜板箱 7左床腿 8進給箱車床的參數(shù)普通CA6140車床的主要參數(shù)如表21所示：表21 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑（mm）400刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑（mm）220最大工件長度（mm）750/1000/1500主軸內(nèi)孔（通孔）直徑（mm）52主軸孔前端錐度莫氏6號刀架縱向的快速移動速度（mm）≥刀架橫向的快速移動速度（mm）≥床身導(dǎo)軌長度（mm）340主軸轉(zhuǎn)速的范圍（r/min）9～1600電動機功率（kw） CA6140改造參數(shù)CA6140數(shù)控化改造后應(yīng)達到的參數(shù)如表22最大加工直徑：在床面上400mm在橫刀架以上210mm最大加工長度：1000mm快進速度：最大切削進給速度：溜板及刀架重力：縱向800N橫向600N主電機功率：控制坐標(biāo)數(shù)：2最小指令值（脈沖當(dāng)量）進給傳動鏈間隙補償量 數(shù)控化改造要求和內(nèi)容改造要求車床6140主要用于對中小型軸類、盤類及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機床應(yīng)該滿足以下要求：(1)能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；(2)刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具有在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具的功能；(3)加工螺紋時，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動一個加工螺紋的螺距或?qū)С?。根?jù)CA6140車床有關(guān)數(shù)據(jù)改造內(nèi)容如下：(1)機械部分精度恢復(fù)和機械傳動部分的改進。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠副機構(gòu)。2）進給傳動系統(tǒng)為保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和機床加工精度,取消原機床的滑動絲桿螺母副,選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副,并應(yīng)用預(yù)緊機構(gòu),以提高傳動剛度和消除間隙。1）對刀架部分的改造，通過將原機床的手動轉(zhuǎn)位刀架替換成自動轉(zhuǎn)位刀架來實現(xiàn)換刀切削,自動轉(zhuǎn)位刀架最常見的形式是螺旋型四工位刀架,由數(shù)控系統(tǒng)直接控制,效率高,工藝性能可靠。數(shù)控機床的強電控制部分設(shè)計中要特別注意的是，數(shù)控系統(tǒng)各接口信號的特點和形式要相配，并且在設(shè)計過程中應(yīng)盡量簡化強電控制線路。(5)整體調(diào)試整機聯(lián)接調(diào)試。在主傳動軸上安裝一個脈沖發(fā)生器，這樣既保留了機床原有的功能，又降低了改造工作量，本次改造主軸電動機不做任何改動。根據(jù)實際需要，在這里我選用海德ISC58150021增量編碼器。由于拆除了進給箱，可在原安裝進給箱處布置伺服電機的減速齒輪，也可在滾珠絲杠的左端設(shè)計一個專用軸承支承座，而在素剛托架處布置伺服電機，機床改造常采用后一種布置方案。7’鋼球直徑(㎜)滾道法面半徑偏心距螺紋升角3176。如上圖32（1）已知條件：工作臺重量W=2300N，加速時間常數(shù)t=25s，滾珠絲杠基本導(dǎo)程L0=6mm,快速進給速度v=98m/《機床設(shè)計手冊》可知,切削功率PC=PηK （公式